（通信与信息系统专业论文）ip+over+wdm网络的选路和波长分配算法研究.pdf

电子科技大学博七论文 摘要 - 近年来，随着网络技术的发展以及新的i n t e r n e t 应用的出现，全球i n t e m e t 业务呈现出爆炸式增长的趋势，迫切要求扩大广域骨干通信网的容量。现有多 种技术可用于扩大基于光纤通信的骨干网的容量。其中采用光路交换、波长选 路的波分复用技术( w d m ) 允许在一根光纤中同时传输若干路不同波长的光信 号，具有实现简单及较好的可扩展性的特点，是目前充分利用光纤容量的方法 中最具吸引力的候选者。由于w d m 网络关键部件目前还较昂贵，在这样的网 络上运行i p 业务，既要考虑到网络的鲁棒性和对资源利用的有效性，又要考虑 网络的可升级性能，这常常是互为矛盾的。因此，采用何种网络架构及何种技 术运行i p 业务是研究的热点。本文首先论证了去掉中间层( 如s d h s o n e t 、 a t m ) 而将i p 分组直接在w d m 网络上运行的技术可行性及其优势，进而重点 研究了采用这种架构i po v e rw d m 时的资源分配问题。 第二章研究了i po v e rw d m 网中支持q o s 的资源分配算法，分两种方法予 以研究：一为基于光层的方法，采用固定选路后，资源分配问题就能简化为波 长分配问题，从而可大大简化网络的控制和管理。文献中已有的工作表明，充 分利用网络状态信息能提高算法的性能。基于此，首次提出了利用全网信息而 支持优先级的波长分配算法，由于利用了全网信息，在保证较高优先级请求的 阻塞性能时，还对较低优先级请求的阻塞性能进行了优化，从而改善了全网的 平均阻塞率；另一个为基于m p l s 技术的方法，提出了支持不同q o s 要求的 v p n 业务的设计问题。痧对于给定的网络物理拓扑及业务矩阵，对不同q o s 要求 的v p n 进行资源分配时，首先照顾较高质量要求的v p n 业务，并且，对于相 同q o s 要求的v p n 业务，优先考虑业务量比重较大的节点对，并尽量保证负 载在全网均匀分布。基于业务平均跳数来衡量的仿真结果表明，在网络中不同 q o s 要求的业务需求大致相当的情况下，不管网络负载如何变化，对某q o s 要 求的v p n 业务，总是能够取得q o s 较之要低的业务更低的平均跳数，即更小 的平均时延。 r 对于由大量路由器和o x c 通过光纤互连而组成的i po v e rw d m 网络第 三章创新性地提出了将i p 层和光层综合考虑进行路由选择，并利用k 最短 路由对有长度限制的请求进行资源分配的算法。由于该方法充分考虑到路由器 摘婴 能以较细粒度处理业务及波长转换能力，故比传统的将i p 层和光层分开考虑的 方法取得更优异的业务丢弃性能和网络平均阻塞性能一计算机仿真结果表明， 对于动态到达的业务连接请求，算法比传统的方法能取得更低的业务丢弃数， 更优异的全网平均阻塞性能，而且，即使在相同业务丢弃数的条件下，算法的 路由长度所付出的代价也是很小的。f 。 第四章分两种方法基于光层的方法和m p l s 技术的方法，研究了i p , o v e rw d m 网中基于链路负载平衡的资源分配算法。前者适合于业务矩阵变化 不是太频繁的网络，提出利用蚂蚁算法解决业务的再潞由问题，即利用蚂蚁具 有找到最短径及不同种类蚂蚁具有互斥的天然特性来进行逻辑拓扑重配置，从 而保证了链路负载分布的平衡性。计算机仿真结果表明，利用该算法进行逻辑 拓扑重配置后，链路负载分布的平衡性得到了大大提高。对于后者，考虑的网 络为由大量路由器和o x c 通过光纤互连而组成的网络，充分考虑了路由器能以 较细的粒度处理业务及波长转换的能力，对可能有长度限制的动态到达的业务 连接请求在进行资源分配时，提出的算法考虑了：( 1 ) 降低网络带宽碎片以提高 资源利用率：( 2 ) 将业务的路由成本与路由长度进行折衷考虑。计算机仿真结果 验证了基于这两方面考虑所带来的好处：( 1 ) 对于给定的业务需求，该方法相对 于传统的不考虑降低带宽碎片的方法来说，确实降低了业务丢弃数，并取得更 好的链路负载分布的平衡性；( 2 ) 对于动态到达的连接建立请求，该方法的业务 阻塞性能大大优于传统的方法。 尽管m p l s 具有强大的流量工程能力，但在1 po v e rw d m 网中进行保护设 计时，还很少有文献涉及到这一点。基于此，为了在网络中出现单链路故障时 1 0 0 地保护受影响的业务，同时保证链路负载分布的平衡性。) 第五章提出了一 种考虑链路负载平衡的共享通路式保护算法。f 在为动态到达的请求进行波长分 配及路由选择时，考虑了以下几点：( 1 ) 仔细考虑业务请求的带宽需求，力争大 大降低残留在网络内的带宽碎片；( 2 ) 路由器能以较细的粒度处理业务及波长转 换的能力；( 3 ) 链路负载分布的平衡性；( 4 ) 保护通路的资源共享。仿真结果表 明，算法在链路负载分布的平衡性、( 给定业务需求量时的) 业务丢弃特性， ( 业务动态到达时的) 网络平均阻塞性能均要优于引用文献中的算法。 由于网络中的业务连接请求速率大小具有差别，其带宽请求常常小于一个 波氏粒度。捌第六章首次提出了基于容量公平性的资源分配算法，通过为不同 、 i i ， 电子科技大学博士论文 线速的请求预留不同的波长集合，并结合网络节点的业务疏导能力来保证业务 的阻塞公平性。f 计算机仿真结果表明：本文算法无论是在网络的阻塞公平性能 上，还是在网络的流量性能上，均取得了比已有的f i r s tf i t 波长分配算法( 同 样也考虑业务疏导) 更优异的阻塞公平性能及网络流量性能。 在对本文提出和研究的各种算法进行性能测试和比较时，主要使用离散事 件系统的计算机仿真。本文的第七章详细介绍了作者进行的仿真和计算工作， 给出本文提出的各种算法的重要伪码。最后是全文总结。 一一 关键词i p 。rw d m 网密：选菇和渡长分配算法，服务质塞砒先级支持，链 路负载平衡，生存性，阻塞公平性、 一 ， i i i a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r k i n gt e c h n o l o g i e sa n dn e ws e r v i c e so fi n t e r n e t ，t h e r ei sa n e x p l o s i v eg r o w t ht r e n do fi n t e m e tt r a f f i c ，w h i c h a r e p r o m o t i n gt h ec o n s t r u c t i o n o fb r o a d b a n d b a c k b o n en e t w o r kw a v e l e n g t h d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( w d m ) i sap r o m i s i n ga p p r o a c ht h a tc a n u s et h ee n o r m o u sb a n d w i d t lo ft h eo p t i c a lf i b e ra s i n g l ef i b e rc a nb ee m p l o y e df o rm u l t i p l ed a m s t r e a m ss i m u l t a n e o u s l y a l l o p t i c a ln e t w o r k se m p l o y i n gt h ec o n c e p to fw d ma n dw a v e l e n g t h r o u t i n ga r ec o n s i d e r e da st h et r a n s p o r tn e t w o r k sf o rt h ef u t u r e b e c a u s et h ek e ye l e m e n t so fw d m n e t w o r k sa r es t i l l e x p e n s i v e ，i ti si m p o r t a n tt ou n d e r t a k ea p p r o p r i a t en e t w o r kf r a m e w o r ka n d a s s o c i a t e dt e c h n o l o g i e st or u ni pt r a f f i ci ns u c han e t w o r ki fw eh o p et h en e t w o r kc a l l p e r f o r m r o b u s t l ya n dh a v eg o o dr e s o u r c eu s a g e ，a n d ，g o o ds c a l a b i l i t y i nt h i sp a p e rw e f i r s t l yi l l u s t r a t et h e f e a s i b i l i t ya n da d v a n t a g e so fe l i m i n a t i n gi n t e r m e d i a t el a y e r s ，e gs d h s o n e ta n da t m ，t om a p t h ei pp a c k e t sd i r e c t l yi n t ow a v e l e n g t hc h a n n e l su n d e rt h i sf r a m e w o r k ，w et h e nf o c u so u ri n t e r e s t o nt h er e s o u r c ea l l o c a t i o no fi po v e rw d mn e t w o r k s c h a p t e r2u s e st w ow a y st oa d d r e s st h ei s s u e so fq o sb a s e dr e s o u r c ea l l o c a t i o ni ni po v e r w d mn e t w o r k s f i r s t l y ，f o ro p t i c a l - l a y e r i n ga p p r o a c h ，w ep r o p o s e an o v e l p r i o r i t y b a s e d w a v e l e n g t ha s s i g n m e n ta l g o r i t h m b yc a l c u l a t i n gt h er e l a t i v ec a p a c i t yl o s s ，w em a n a g et oa s s i g n w a v e l e n g t h ss oa st og u a r a n t e et h eb l o c k i n gp r o b a b i l i t yo ft h eh i g hp r i o r i t yr e q u e s t st oal o w e r d e g r e e ，a n da tt h es a m et i m ew i t ht h el e a s ti n f l u e n c eo nt h el o w e rp r i o r i t y s ot h en e t w o r k s a v e r a g eb l o c k i n gp r o b a b i l i t yi s m i n i m i z e ds i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ea l g o r i t h mp e r f o r m s w e l li nd y n a m i ct i a f f i cl o a ds i t u a t i o n s e c o n d l y ，f o rm p l sb a s e da p p r o a c h ，w es t u d yt h ep r o b l e m o f d e s i g n i n gl o g i c a lt o p o l o g y f o rv i r t u a l p r i v a t en e t w o r k s ( v p n s ) o v e r1 p f w d mn e t w o r k s c o n s i d e r i n gd i f f e r e n tq o sr e q u i r e m e n t s f o rag i v e nn e t w o r kp h y s i c a lt o p o l o g ya n dl o n g t e r m t r a f f i cp a t t e r n ，d e s i g no fd e l a y - b a s e dl o g i c a lt o p o l o g yc a nb ef o r m u l a t e da sal i n e a rp r o b l e m a n p - h a r d p r o b l e m ，w h i c hi sc o m p u t a t i o n a l l yi n t r a c t a b l ef o rl a r g es i z eo fn e t w o r k s s o ，w ep r o p o s e ah e u r i s t i ca l g o r i t h mt oa d d r e s st h ep r o b l e m so fr o u t i n ga n dw a v e l e n g t ha s s i g n m e n t s i m u l a t i o n r e s u l t ss h o wt h a tt h ed e v e l o p e ds c h e m ep e r f o r m sw e l li nt e r m so fq o s p e r f o r m a n c em e t r i c ss u c h a st h e l i g h t p a t hh o pl e n g t ha n dt h en e t w o r km a x i m a l i n kl o a d f o ri po v e rw d mn e t w o r k sc o n s i s to fo x c sa n dr o u t e r s ，w h i c ha r ci n t e r c o n n e c t e d b y o p t i c a lf i b e r s ，c h a p t e r3p r e s e n t san o v e lr o u t i n ga n dw a v e l e n g t ha s s i g n m e n ta l g o r i t h mb a s e do n k - - s h o r t e s tp a t h a st h ed e v e l o p e di n t e g r a t e dd y n a m i cr e s o u r c ea l l o c a t i o np o l i c yc o m b i n e st h e c h a r a c t e r i s t i co ft h el pl a y e ra n do p t i c a ll a y e r i ti sn a t u r a lt h a tt h ea l g o r i t h mh a sab e t t e rn e t w o r k u s a g et h a nt h o s et r a d i t i o n a lw a y st a k i n gi n t oa c c o u n tt h et w ol a y e r ss e p a r a t e l y s i m u l a t i o nr e s u l t s 电子科技人学博十论文 s h o wt h a tt h ed e v e l o p e ds c h e m ep e r f o r m sv e r yw e l li nt e r m so fp e r f o r m a n c em e t r i c ss u c ha st h e h o p so f t h el i g h t p a h sa n dt h en e t w o r kb l o c k i n gp r o b a b i l i t y i nc h a p t e r4w e s t u d yt h er e s o u r c ea l l o c a t i o nc o n s i d e r i n gl i n kl o a db a l a n c i n g t w om e t h o d s ， i e ，o p t i c a l l a y e r i n gm e t h o d a n dm p l sb a s e dm e t h o d ，a r eu s e d f o r o p t i c a l l a y e r i n ga p p r o a c h ，w e p r o p o s ea na n t - b a s e da l g o r i t h m ，w h i c hu s e st h ea n t s c a p a b i l i t yo ff i n d i n gs h o r t e s to rn e a r s h o r t e s t p a t h sb e t w e e n af o o ds o u r c ea n dt h e i rn e s t s ，t os o l v et h el o g i c a lt o p o l o g yr e c o n f i g u r a t i o n p r o b l e m w eg i v et h ea n t s r o u t i n gf o r m u l ab a s e do nd y n a m i cl o a db a l a n c i n g a n ds h o r t p a t h o nt h e a s s u m p t i o n t h a ts o m ec o n d i t i o n sh o l d t h en e t w o r kn o d e sw i l lb e r e c o n f i g u r e d w h e nt h e a l g o r i t h mc o n v e r g e st oan e wp a u e r n s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a to u ra l g o r i t h mh a sag o o de f f e c t f o ri po v e rw d mn e t w o r k su s i n gm p l st e c h n o l o g y ，i ti s i m p o r t a n tt ot a k ei n t oa c c o u n tt h e c o m b i n e dr o u t i n ga tt h ei pa n do p t i c a ll a y e r sf o rt h es a k eo fab e t t e rn e t w o r kl o a d b a l a n c i n g t y p i c a l l y ，r o u t i n gi ni po v e rw d m n e t w o r k sh a sb e e ns e p a r a t e di n t oi pa n dw a v e l e n g t hr o u t i n g s u b p r o b l e m sa n dh a v eb e e nr e s o l v e ds e p a r a t e l y ，w h i c hr e s u l tt oab a dn e t w o r kl o a db a l a n c i n g t o s o l v et h i si s s u e ，i nt h i sc h a p t e rw e p r o p o s e sa n o t h e ri n t e g r a t e dr o u t i n ga l g o r i t h mb a s e do nm p l s t h a tm a k e sat r a d e o f fb e t w e e nt h ec o s to f r o u t i n ga n d t h el e n g t ho ft h e l i g h t p a t h a st h ed e v e l o p e d s c h e m ec o n s i d e r s c a r e f u l l y t h er e s o u r c ei n f o r m a t i o na tb o t h l a y e r s ，t h u sr e d u c e sg r e a t l yt h e b a n d w i d t hf r a g m e n tt h a tc a nn o tb eu s e db ya n yo t h e rs u b s e q u e n tr e q u e s t s m o r e o v e r ，e v e ni f t h e r ei sn ol i g h t p a t hl e n g t hc o n s t r a i n t ，t h es e l e c t e dr o u t es t i l lm a i n t a i n ss h o r t l y s i m u l a t i o nr e s u l t s s h o wt h a tt h ed e v e l o p e ds c h e m ep e r f o r m sw e l lc o m p a r e dt ot h o s et r a d i t i o n a l r o u t i n gm e t h o d s t a k i n gi n t oa c c o u n tt h e1 pa n do p t i c a ll a y e r ss e p a r a t e l y t oo b t a i np a r t i a li n f o r m a t i o no fn e t w o r k sr e s o u r c e s ，w h i c hi n d i c a t e sw h a tf r a c t i o no fe a c h l i n k sb a n d w i d t h ，i s c u r r e n t l yu s e db yw o r k i n gp a t h s ，a n di su s e db yp r o t e c t i o np a t h s ，i sf e a s i b l ei n i po v e rw d mn e t w o r k su s i n gm p l s t e c h n o l o g y f ot h i sp a r t i a li n f o r m a t i o ns c e n a r i o ，c h a p t e r5 p r e s e n t san e wd y n a m i cr o u t i n ga l g o r i t h mo fp r o t e c t i o nd e s i g nf o ri po v e rw d mn e t w o r k s f o r w o r k i n gp a t h ss e l e c t i o n ，t h ea l g o r i t h mm a k e sat r a d e o f fb e t w e e nt h er o u t i n gc o s t sa n dt h e c o r r e s p o n d i n gt r a n s m i t t i n gl e n g t h a s f o r p r o t e c t i o np a t h ss e l e c t i o n ，at r a d e o f fb e t w e e nt h e s h a r i n go f t h ep r o t e c t i o np a t h sa n dt h ea s s o c i a t e dt r a n s m i t t i n gl e n g t hi sm a d e t h u st h ed e v e l o p e d r o u t i n gs c h e m ei sb e n e f i c i a lt oh a v eag o o dl i n kl o a db a l a n c i n g s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h e d e v e l o p e ds c h e m ep e r f o r m sw e l l i nt e r m so fp e r f o r m a n c em e t r i c ss u c ha s ( 1 ) t h en u m b e ro f r e j e c t e dr e q u e s m ( 2 ) n e t w o r kl i n kl o a db a l a n c i n g ，( 3 ) n e t w o r ka v e r a g eb l o c k i n gp r o b a b i l i t y i ni po v e rw d m n e t w o r k s t h ew a v e l e n g t h sc a p a c i t yr e q u i r e dt os u p p o r tt r a f f i cc o n n e c t i o n s a r eo f t e na tr a t e sl o w e rt h a nf u l l w a v e l e n g t hc a p a c i t y ，w h i c hm a yr e s u l tt ob a dw a v e l e n g t h u t i l i z a t i o n t os o l v et h i s i s s u e c h a p t e r6p r e s e n t sam u l t i - r a t e sb a s e dw a v e l e n g t ha s s i g n m e n t v a b s t r a c t a l g o r i t h mt om a k et h en e t w o r ks u p p o r tm o r eh i g h e rr a t er e q u e s t s ，a n d ，b yu s i n g t r a f f i cg r o o m i n g ， t h eb l o c k i n gf a i r n e s so ft h er e q u e s t si s g u a r a n t e e d s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e d s c h e m ep e r f o r m sw e l li nt e r m so fp e r f o r m a n c em e t r i c ss u c ha st h eb l o c k i n gf a i r n e s sa n dt h e n e t w o r k st h r o u g h p u t s w eh a v e m a i n l y u s e dd i s c r e t ee v e n t s i m u l a t i n g m e t h o d st oe v a l u a t et h e a l g o r i t h m s m e n t i o n e di nt h i sd i s s e r t a t i o nt h em a i nf r a m e sa n dp s e u d oc o d e so ft h ea l g o r i t h m sp r o p o s e di n t h i sd i s s e r t a t i o na r eg i v e ni nc h a p t e r7 k e y w o r d s i po v e rw d m n e t w o r k ，r o u t i n ga n dw a v e l e n g t ha s s i g n m e n t ，q o s p r i o r i t ys u p p o r t ， l i n kl o a db a l a n c i n g ，s u r v i v a b i l i t y ，b l o c k i n gf a i r n e s s v l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括为获得 电子科技大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明 并表示谢意。 签名：主查渔圭 日期：z 。o 上年弓月8 目 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采取影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：殛渔圭导师签名 孝乐瓦 e l 期：2 。年弓月$ 日 电子科技大学博十论文 简略字表 a t m c b r d s d o s e r f e c g m p l s i e t f i g p i p i n t e r s e r v i s i s i s p l d p l e r l s p l s r m p l s m p k s 0 a d m o x c 0 s p f q o s r i p a s y n c h r o n o u s t r a n s f e rm o d e c o n s t r a i n t b a s e dr o u t i n g d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e d i f f e r e n t i a t e do p t i c a ls e r v i c e e x p l i c i tr o u t i n g f o r w a r d i n ge q u i v a l e n c e c l a s s g e n e r a lm p l s i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e i n t e r i o rg a t e w a yp r o t o c o l s i n t e m e tp r o t o c o l i n t e g r a t e ds e r v i c e s i n t e r m e d i a t es y s t e m - i n t e r m e d i a t es y s t e m i n t e r n e ts e r v i c ep r o v i d e r l a b e ld i s t r i b u t i o np r o t o c o l l a b e le d g es w i t c hr o u t e r l a b e ls w i t c h i n gp a t h l a b e ls w i t c hr o u t e r m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g m u l t i p r o t o c o ll a m b d a s w i t c h i n g o p t i c a la d d 一o pm u l t i p l e x e s o p t i c a lc r o s s c o n n e c t o p e n s h o r t e s tp a t hf i r s t q u a l i t yo f s e r v i c e r o u t i n g i n f o r m a t i o np r o t o c o l 异步转移模式 受限路由 区分业务 区分光业务 显示路由 转发等价类 通用多协议标签交换 因特网工程任务组 内部网关协议 网际( 因特网) 协议 综合服务模型 中间系统到中间系统 因特网服务提供商 标记( 签) 分发协议 标签边缘交换路由器 标记( 签) 交换通道 标记( 签) 交换路由器 多协议标记( 签) 交换 多协议波长交换 光分插复用器 光交叉连接器 开放最段路径优先 服务质量 路由信息协议 r s v p r w a s d h t e t t l v o d v p n w d m 简略字表 r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l资源预留协议 r o u t i n g a n d w a v e l e n g t ha s s i g n m e n t路由选择和波长分配 s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y同步数字系列 t r a f f i ce n g i n e e r i n g t i m e t o l i v e v i d e o0 nd e m a n d v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k 流量( 业务量) 工程 存活时间 视频点播 虚拟专用网 w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g波分复用技术 i i 电子科技大学博士论文 第一章绪论 1 1 i po v e r w d m 网络概述 1 1 1w d m 光传送网概述 近十年来，传统语音业务的年增长率只有5 1 0 ，而以i n t e m e t 为代表的 数据业务的年增长率为2 0 3 0 。数据通信业务量如此高速、持续增长的最直 接动力来自i n t e m e t 业务量持续指数级的增长。主要的i n t e m e t 提供商报告说他 们的系统在主干上的带宽大约每6 - 9 个月翻一番，比著名的c p u 性能进展的摩 尔定律( 约18 个月翻一番) 还要快2 3 倍。i p 网络通信业务量的爆炸式增长已 成为世界瞩目的焦点和推动全球信息业发展的主要力量。世界各国都把i p 网络 作为2 i 世纪国家基础设施建设的重点，并使它加速发展，以争取在未来激烈的 竞争中占据优势。为了提高通信系统的性价比和经济有效性，满足不断增长的电 信和i n t e m e t 业务的需求，如何提高通信系统的带宽( 系统容量) 便成为焦点l t , t 4 1 。 波分复用( w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，w d m ) 技术对网络的升级扩 容、发展宽带新业务、充分挖掘和利用光纤带宽能力，特别是在现有光纤用完而 铺设十分困难的情况下实现超高速通信具有十分重要的意义。从通信的发展情况 看，近年来，光纤通信技术无论是在核心网，即长距离、大容量骨干网的应用方 面，还是在城域网、接入网应用方面发展都很迅速。在光通信的理论研究和系统 设备、光纤光缆及光器件等实用性研制方面也取得了很大的进步。从理论上讲， 光纤具有极大的可用带宽( 高达5 0 t h z ) 。为了开发这个潜能，人们致力于对超 高速光纤通信网络及技术的研究。目前，光纤通信在各个方面，如海底光缆网络 的扩展，光交叉连接设备的开发及波分复用技术的广泛使用等方面都取得了令人 瞩目的成就。 光纤的巨大带宽和波分复用技术的成熟应用，使光纤通信成为支撑通信传输 网络的主流技术。目前单波长电传输速率已达到4 0 g b i d s ，进一步提高单波长传 输速率将受到半导体技术的限制，因此，w d m 技术是光纤传输网络增容的主要 技术手段。目前的技术水平已达到1 6 0 x 4 0 g b i t s j 。发展什么样的光网，其关键 在于网络对光信号的透明程度，下面解析一些术语，分别代表了各自的研究思路【1 1 ： l 第一章绪论 光网络或叫做光组网( o p t i c a ln e t w o r k i n g ) ，这个术语只说明运用光的技术 来组网，指的是一种技术手段、方法； 全光网络( a o n ) ，它强调网络的全光特性，严格地说在此网络内不应该 有光电转换，所有对信号的处理全在光域内进行： 光传送网( o t n ) ，该术语表示以光技术来构成一种起传送功能的网络， 它不限定网络的透明性，也不排除光电转换。 w d m 光传送网在未来的网络中提供了一个经济、大容量、高生存性和灵活 性的传输基础设施，具有极诱人的前景。为了迎接实用化w d m 光传送网时代的 到来，发达国家和地区分别规划了全球地区国家等区域的w d m 光传送网，其 中包括o x y g e n 计划、欧洲光网计划、美国光互连网计划、加拿大光网规划等， 并建立了许多实验平台和现场试验，以研究网络结构、网络管理、光纤传输、网 络对新业务的适应性等关键技术。国内外先进的w d m 全光通信网的现场试验情 况如下： ( 1 ) 美国的w d m 光传送网现场试验项目 2 3 1 国家透明光传送网n t o n ； 多波长光传送网m o n e t ( m u l t i w a v e l e n g t ho p t i c a ln e t w o r k i n g ) 。 ( 2 ) 欧洲a c t s 计划w d m 光传送网现场试验项目6 】 泛欧光传送网p h o t o n 和光通信网管理m o o n ； 泛欧光传送网o p e n ； 光纤城域网m e t o n ： 波长一捷变( a g i l i t y ) 光波传送与接入网w o t a n 。 ( 3 ) f 本n t t w d m 光传送网现场试验【7 8 1 社团光纤骨干网c o b n e t ； p r o m e t e o 城域网。 ( 4 ) 国内w d m 光传送网进展 国家“8 6 3 ”计划项目：全光实验系统； 国家“8 6 3 ”计划重大项目：中国高速信息示范网( c a r n o n e t ) 。 w d m 光传送网目前主要有两种形式【1 1 】：广播与选择网( b r o a d c a s t a n d s e l e c t o p t i c a ln e t w o r k s ，b s o n s ) 和波长选路网( w a v e l e n g t h r o u t e d o p t i c a ln e t w o r k s ， w r o n s ) 。 2 电子科技人学博十论文 b s o n s 的物理拓扑是星形，中心节点使用无源光耦合器( p a s s i v eo p t i c a l c o u p l e r ) 进行光信号的复合和分离( c o m b i n a t i o na n ds p l i t ) ，其它每个网络节点 和中心节点之间都有一条光纤链路相连。节点间进行通信时，源节点产生的信号 会被中心节点向其它所有节点广播，目的节点使用光滤波器选择出希望接收的信 号。这种网络结构的最大缺点在于：由于固有的星形结构，使得b s o n s 缺乏波 长重用( w a v e l e n g t h r e u s e ) 的能力；当网络节点数( ) 较多时，每个接收节点 接收到的功率只有原信号的1 n ，对激光器和光滤波器的稳定性要求很高；中心 节点一旦失效，会使全网陷于瘫痪状态。基于这些问题，b s o n s 只适合于节点 数较少并且对网络生存性要求不高的局域网或城域网。 主要应用于长距离、大范围骨干网的w r o n s ，考虑到网络建造成本，网络 节点之间一般用点到点的光纤链路任意相连而构成连接度较低的网状网l l “。波长 选路机制支持网络节点间建立端到端的光领域通道，称为光路( 1 i g h t p a t h ) 。在这 种情形下，波分复用带来的巨大好处可以通过光领域中的波长路由得到充分体 现：( 1 ) 在w r o n s 网络中，光路信号不会被广播，而是沿选定的路由传送信号， 这就使波长具有重用的能力，配合合适的选路和波长分配规则，将大大减少